Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống
1
/ 85 trang
THÔNG TIN TÀI LIỆU
Thông tin cơ bản
Định dạng
Số trang
85
Dung lượng
3,36 MB
Nội dung
Giáo trình:HệThốngCơĐiệnTử
Giáo Trình HệThốngCơĐiệnTử
1
PHẦN I
TỔNG QUAN HỆTHỐNGCƠĐIỆNTỬ
CHƯƠNG 1
CƠ ĐIỆNTỬ VÀ HỆTHỐNGCƠĐIỆNTỬ
I. CƠĐIỆNTỬ VÀ HỆTHỐNGCƠĐIỆNTỬ
1.1. Mechantronic là gì?
Cơ điệntử là một hệthốngcơ cấu máy có thiết bị điều khiển đã được lập
trình và có khả năng hoạt động một cách linh hoạt. Ứng dụng trong sinh hoạt, trong
công nghiệp, trong lĩnh vực nghiên cứu như; máy lạnh, tủ lạnh, máy giặt, máy chụp
hình, modul sản xuất linh hoạt, tự động hóa quá trình sản xuất hoặc các thiết bị hổ trợ
nghiên cứu như các thiết bị đo các hệthống kiễm tra …
Một số nhà khoa học nhà nghiên cứu đã định nghĩa cơđiệntử như sau:
Khái niệm của cơđiệntử được mở ra từ định nghĩa ban đầu của công ty Yasakawa
Electric: “thuật ngữ Mechantronics (Cơ điện tử) được tạo bởi (Mecha) trong
Mechanism (trong Cơ Cấu) và tronics trong electronics (Điện Tử). Nói cách khác,
các công nghệ và sản phNm ngày càng được phát triển sẽ ngày càng được kết hợp chặt
chẽ và hữu cơ thành phần điệntử vào trong các cơ cấu và rất khó có thể chỉ ra ranh
giới giữa chúng.
Một định nghĩa khác về cơđiệntử thường hay nói tới do Harashima,
Tomizukava và Fuduka đưa ra năm 1996: “ Cơđiệntử là sự tích hợp chặt chẽ của kỹ
thuật cơ khí với điệntử và điều khiển máy tính thông minh trong thiết kế chế tạo các
sản phNm và qui trình công nghiệp.”
Cùng năm đó Auslander và Kempf cũng đưa ra một định nghĩa khác như sau:
“ Cơđiệntử là sự áp dụng tổng hợp các quyết định tạo nên hoạt động của các hệ vật
lý.”
Năm 1997, Shetty lại quan niệm: “ Cơđiệntử là một phương pháp luận được
dùng để thiết kế Tối Ưu Hóa các sản phNm cơ điện.”
Giáo Trình HệThốngCơĐiệnTử
2
Và gần đây, Bolton đề xuất định nghĩa: “ Một hệcơđiệntử không chỉ là sự kết
hợp chặt chẽ các hệcơ khí điện và nó cũng không chỉ đơn thuần là một hệ điều
khiển, nó là sự tích hợp đầy đủ của tất cả các hệ trên.”
Tất cả những định nghĩa và phát biểu trên về Cơđiệntử đều xác đáng và giàu
thông tin, tuy nhiên bản thân chúng, nếu đứng riêng lẻ lại không định nghĩa được đầy
đủ thuật ngữ Cơđiện tử.”
Hình 1.1: Cơđiệntử kết hợp giữa robot và tin học
(giaoducvn.net/ /001hand_mechatronics.jpg)
Hình 1.2: Robot tự động làm việc trong phòng thí nghiệm
(iel.ucdavis.edu/ /chrobot/figures/workcell.png)
Hệ thốngcơđiệntử là một lĩnh vực đa ngành của khoa học kỹ thuật hình
thành từ các ngành kinh điển như: Cơ khí , kỹ Thuật Điện – Điệntử và khoa học tính
toán tin học. Trong đó tổng hợp hệthống các môn học như Truyền Động Điện,
Truyền Động Cơ, Thủy-Khí, Đo Lường Cảm Biến, Kỹ Thuật Vi Xử Lý, Lập
Giáo Trình HệThốngCơĐiệnTử
3
Trình PLC, kết hợp với cơ khí chế tạo máy, Khoa Học Tính Toán Tin Học, và Kỹ
Thuật Điện-Điện Tử, Mạng Truyền Thông Công Nghiệp…
Hình 1.3: CơĐiệnTử
Khảo sát thực tiển mối quan hệ giữa dạy và học, học và ứng dụng ngành cơ
điện tử trong công nghiệp như sau:
Qua Khảo Sát Thực Tiển -> Nhu Cầu -> Nhân Lực
Làm Gì (Hoạt Động Nghề)
Đối Tượng Làm Việc Công Việc
Cần Biết Gì Và Đào Tạo Gì?
Hình 1.4: Định hướng đào tạo ngành CơĐiệnTử
Giáo Trình HệThốngCơĐiệnTử
4
1.2 HệthốngCơđiệntử là gì?
Cũng giống như cơđiện tử, có khá nhiều khái niệm khác nhau về hệthốngcơ
điện tử. Chúng ta hãy khảo sát một số quan điểm sau của Bradley, Okyay Kaynak,
Bolton, Shetty.
Sự thành công của các ngành công nghiệp trong sản xuất và bán hàng trên thị
trường thế giới phụ thuộc rất nhiều vào khả năng kết hợp của Điện-Điện Tử và công
nghệ tin học vào trong các sản phNm cơ khí và các phương thức sản xuất cơ khí. Đặc
tính làm việc của nhiều sản phNm hiện tại-xe ô tô, máy giặt, robot, máy công cụ…
cũng như việc sản xuất chúng phụ thuộc rất nhiều khả năng của ngành công nghiệp về
ứng dụng những kỹ thuật mới vào trong việc sản xuất sản phNm và các qui trình sản
xuất. Kết quả đã tạo ra một hệthống rẻ hơn, đơn giản hơn, đáng tin cậy hơn và linh
hoạt hơn so với các hệthống trước đây. Ranh gới giữa điện và điệntử , máy tính vá cơ
khí đã dần dần bị thay thế bởi sự kết hợp giữa chúng. Sự kết hợp này đang tiến tới một
hệ thống mới đó là : Hệthốngcơđiện tử.
Trên thực tế hệthốngcơđiệntử không có một định nghĩa rõ ràng. Nó được
tách biệt hoàn toàn ở các phần riêng biệt nhưng được kết hợp trong quá trình thực
hiện. Sự kết hợp này được trình bày ở hình 5, bao gồm các phần riêng biệt Điện-điện
tử, cơ khí và máy tính liên kết chúng lại trong các lĩnh vực giáo dục và đào tạo, công
việc thực tế , các ngành công nghiệp sản xuất thị trường.
Hình 1.5: Sự liên kết của các thành phần trong HệThốngCơĐiệnTử theo Bradley
Cơ khí
Điện – điệntử Máy tính
GD & ĐT
CV thực tế CN sản xuất Thị trường
Giáo Trình HệThốngCơĐiệnTử
5
• Quan điểm của Okyay Kaynak:
Theo quan điểm của Okyay Kaynak, giáo sư thổ nhi kỳ định nghĩa về Hệ
Thống CơĐiệnTử như sau:
Hình 1.6: Cấu trúc hệthốngcơđiệntử theo Okyay Kaynak
• Quan điểm của Bolton:
Theo Bolton thì cơđiệntử là một thuật ngữ của hệ thống. Một hệthốngcó thể
được xem như một cái hộp đen má chúng có một đầu vào và một đầu ra. Nó là một cái
hộp đen vì chúng gồm những phần tử chứa đựng bên trong hộp, để thực hiện chức
năng liên hệ giữa đầu vào và đầu ra.
Ví dụ như: cái môtơ điệncó đầu vào là nguồn điện và đầu ra là sự quay của một trục
động cơ.
Hình 1.7: Cấu trúc HệThốngCơĐiệnTử theo Bolton
1.3 Cấu trúc hệthốngcơđiện tử.
Các phần tửcơ bản cấu thành nên hệthốngcơđiện tử:
Cognition
Sensor
Process monitoring
Visu
aliration
Controlling
system
Controller
system
Mechantronics system
actuators
Mechanical process
Perception
Executtion
Động cơ
Ngõ vào
Nguồn điện
Ngõ ra
Động cơ quay
Giáo Trình HệThốngCơĐiệnTử
6
• Hệthốngthông tin
• Hệthốngđiện
• Hệthốngcơ khí
• Hệthống máy tính
• Cảm biến
• Cơ cấu tác động
• Giao tiếp thời gian thực
= +
Hình 1.8: Các thành phần cơ bản của HệThốngCơĐiệnTử
Giải pháp modun, thiết kế sản phNm cơđiện tử:
Giải pháp cơđiệntử trong thiết kế kĩ thuật liên quan đến việc cung cấp một cấu
trúc trong đó có sự tích hợp thành một hệthốngthống nhất của các công nghệ khác
nhau được thiết lập và đánh giá. Sơ đồ khối về hệthống toàn bộ ( một sản phNm cơ
điện tử) như vậy trên cơ sở các khối xây dựng hoặc các modun thành phần được thể
hiện trong hình 1.9.
Mô hình hóa
Mô phỏng
Hệ thốngthông tin
Điều khiển
Tự động
Tối ưu hóa
Cơ
Điện
Tử
Hệ cơđiện
Giao tiếp thời gian
Hệ
Thống
Cơ
Hệ
Thống
Điện
Hệ
Thống
Máy
tính
Cơ cấu tác
động
Cảm biến
D/A
A/D
Giáo Trình HệThốngCơĐiệnTử
7
Hình 1.9: Sản phNm CơĐiệnTử theo module
II. HỆTHỐNGCƠĐIỆNTỬ ĐƯỢC SỬ DỤNG HIỆN NAY
2.1 Phân loại theo lĩnh vực sử dụng.
Sau đây là một số ví dụ phân loại sản phNm cơđiệntử theo lĩnh vực sử dụng:
2.2 Trong y học:
Các loại thiết bị cắt lớp, các thiết bị thí nghiệm về AND, nhân bản phôi,
các máy chiếu các loại tia chụp: X, lase, coban, các thiết bị mổ nội soi,…
Modun GiaoDiện
Interface module
Modun Phần Mềm
Software module
Modun Xử Lý
Processor module
Modun Truyền Thông
Comunication module
Module Kích Truyền Động
Actuation module
Modun Đo Kiểm
Mesurement module
Module Tập Hợp
Assembly module
Modun Môi Trường
Environment module
Giáo Trình HệThốngCơĐiệnTử
8
2.3 Trong công nghiệp:
Các loại máy công nghiệp tự động được điều khiển theo chương trình,
FMS (hệ thống sản xuất linh hoạt), CAD-CAM, người máy, các hệthốngtự
động, kho tàng tự động, công cụ vận chuyển thông minh…
2.4 Trong văn phòng:
Đây là hệthống mạng công tác, có sử dụng máy tính (như hệthông tin
quản lí), các thiết bị văn phòng (máy tính, máy fax, máy in laser)…
2.5 Trong sinh hoạt gia đình:
Hệ thốngthông tin về nhà cửa, sản phNm tiêu dùng (audio, thiết bị nghe
nhìn,máy giặt…) hệthống bảo vệ nhà cửa, các loại robot phục vụ, ô tô, gara, ô
tô tự động…
2.6 Phân loại theo kỹ thuật hệ thống:
Sản phNm đơn là những sản phNm linh hoạt, thực hiện chức năng đứng
một mình như máy CNC, thiết bị vận chuyển thông minh, vật gia dụng thông
minh…
2.7 Hệthống tổ hợp:
Các sản phNm cơđiệntử trong quá trình có quan hệ cụ thể nào đó như:
• Dây chuyền lắp ráp đồng hồ, lắp vỏ hộp động cơ, đóng bao gói…
• Dây chuyền sản xuất ti vi, máy nén khí …
2.8 Hệthống tích hợp:
các sản phNm cơđiệntử thành phần có quan hệ mật thiết như:
• Tự động hóa sản xuất: hệthống gia công linh hoạt (FMS), hệthống sản xuất
tích hợp vi tính (CIM)…
• Tự động hóa công nghiệp dân dụng: thiết bị sản xuất và lắp ráp ô tô, tàu thông
minh, tòa nhà thông minh…
Giáo Trình HệThốngCơĐiệnTử
9
Như thể hiện ở trên, nội dung của CơĐiệnTử là rất rộng. những vấn đề của
cơ điệntử trên quan điểm cơ khí được cho rằng là sự mở rộng và bổ sung các sensor
cho hệthống cơ, các thành phần kích hoạt ( Cơ Cấu Chấp Hành) tiên tiến hơn so với
hệ cơ khí truyền thống và được điều khiển bằng máy tính. Khả năng truyền thông giữa
các hệthống thành phần đã làm tăng cường đáng kể tính năng của sản phNm cơđiện
tử. Để thiết kế và chế tạo các sản phNm thế hệ mới, người thiết kế cần nắm rõ được các
thành phần cơ bản của một sản phNm cơđiện tử.
III NHỮNG ỨNG DỤNG CỦA SẢN PHẪM CƠĐIỆNTỬ
3.1 Sản phm của cơđiện tử.
Những sản phNm trong công nghiệp như robot thông minh, robot vượt chướng
ngại vật, robot lau hồ bơi, robot lau kính…
Hình 1.10: Các sản phNm của hệthốngcơđiệntử
[...]... Giáo Trình HệThốngCơĐiệnTử - Hãy giúp nông trại: • Thiết kế phần cứng cho hệthống điều khiển • Viết chương trình điều khiển (dùng PLC S7-300) III CÂU HỎI ÔN TẬP Câu hỏi : 1 Theo em như thế nào là hệthốngcơđiện tử? 2 Hãy trình bày ứng dụng của hệ thốngcơđiện tử? 3 Hãy thiết kế một hệthốngcơđiệntử mà em biết? 18 Giáo Trình HệThống Cơ. . .Giáo Trình Hệ ThốngCơĐiệnTử - Trong y học, giải trí và nghiên cứu khoa học cũng có rất nhiều ứng dụng của hệ thốngcơđiệntử Ví dụ như: robot công nghiệp, hệthống phục vụ y học, các robot làm việc tại những nơi nguy hiểm Hình 1.11: Những ứng dụng của hệ thốngcơđiệntử IV CÂU HỎI ÔN TẬP Câu hỏi : 1 Theo Anh/Chị như thế nào là hệthốngcơ điện. .. sóng… 2 ĐiệnĐiện tích, dòng điện, điện thế, điện áp, điện trường (biên pha, phân cực, phổ), điện dẫn, hằng số điện môi… 3 TừTừ trường (biên pha, phân cực, phổ), từ thông, cường độ từ trường, độ từ thNm… 2 Giáo Trình Hệ ThốngCơĐiệnTử - 4 Quang Biên pha, phân cực, phổ, tốc độ truyền ,hệ số phát xạ, khúc xạ, hệ số hấp thụ, hệ số bức xạ… 5 Cơ Vị trí,... nó • Chuyển đổi hóa điện là các chuyển đổi dựa vào hiện tượng hóa điện Đại lượng không điện làm thay đổi điện dNn, điện cảm, sức điện động, hóa điện • Chuyển đổi nhiệt điện là các chuyển đổi dựa trên hiện tượng nhiệt điện Đại lượng không điện làm thay đổi sức điện động, nhiệt điện hay điện trở của nó • Chuyển đổi điệntử và ion: trong đó đại lượng không điện làm thay đổi dòng điệntử hay dòng ion chạy... Chuyển đổi điệntử dựa trên hiện tượng cộng hưởng từ hạt nhân và cộng hưởng từđiệntử 6 Giáo Trình HệThốngCơĐiệnTử - • Cảm biến thông minh: chuyển đổi sơ cấp trên cơ sở công nghệ vi điệntửcó khả năng chuyển đổi nhiều đại lượng khác nhau với khoảng đo khác nhau và có khả năng chương trình hóa và tự động xử lí kết quả đo 3.2 Dựa trên cơ sở các... và những khối hàm chuyên dụng Hình 2.3: Hệthốngcơđiệntửcó sử dụng phần điều khiển PLC 2 Giáo Trình HệThốngCơĐiệnTử - 1.2 Các lĩnh vực sử dụng PLC hiện nay PLC được sử dụng khá rộng rãi trong các ngành: Công nghiệp, Máy nông nghiệp, Thiết bị y tế, Ôtô (xe hơi, cần cNu…)… 1.3 Các ưu điểm khi sử dụng hệthống điều khiển với PLC - Không cần đấu... Chuyển đổi điện trở: trong đó đại lượng không điện biến đổi làm thay đổi điện trở của nó • Chuyển đổi điệntừ là các chuyển đổi dựa trên các quy luật về lực điệntừ đại lượng không điện làm thay đổi các thông số mạch từ như: điện cảm I hổ cảm M, độ từ thNm µ, từthông • Chuyển đổi tĩnh điện là các chuyển đổi làm việc dựa trên hiện tượng tĩnh điện Đại lượng không điện làm thay đổi điện dung C hay điện tích... làm việc tại những nơi nguy hiểm Hình 1.11: Những ứng dụng của hệthốngcơđiệntử IV CÂU HỎI ÔN TẬP Câu hỏi : 1 Theo Anh/Chị như thế nào là hệthốngcơđiện tử? 2 Hãy trình bày ứng dụng của hệthốngcơđiện tử? 10 Giáo Trình HệThốngCơĐiệnTử - CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ PLC I GIỚI THIỆU CHUNG VỀ PLC (Programmable_Logic_Control) 1.1 Bộ điều khiển... đèn báo lỗi (Q1.1) Viết chương trình để hệthống chỉ nhận dạng 3 loại thẻ sau: 12579, 23679, 13689 (Dùng PLC S7-300) Bài 3: Một hệthống phân loại sản phNm có cấu tạo như sau: Hệthống sẽ phân ra 3 loại chay theo 3 chiều cao khác nhau do 3 cảm biến quang xác định • Loại 1 (Cao nhất, cả 3 cảm biến điều lên mức 1): Sẽ đi theo đường 1 8 Giáo Trình HệThốngCơĐiệnTử ... đầu ra là đại lượng điện, ví dụ: điện trở, điện dung, điện kháng, dòng điện, tần số, điện áp rơi, góc pha, Căn cứ theo dạng đại lượng đầu vào người ta phân ra các loại cảm biến như: cảm biến chuyển dịch thẳng, chuyển dịch góc quay, tốc độ, gia tốc, mô men quay, nhiệt độ, áp suất, quang, bức xạ, Đo lường cảm biến: là hệthống được sử dụng rất phổ biến trong các sản phNm cơđiệntử và thường cấu tạo .
Giáo trình: Hệ Thống Cơ Điện Tử
Giáo Trình Hệ Thống Cơ Điện Tử
1
PHẦN I
TỔNG QUAN HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ
CHƯƠNG 1
CƠ ĐIỆN TỬ VÀ HỆ THỐNG.
CƠ ĐIỆN TỬ VÀ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ
I. CƠ ĐIỆN TỬ VÀ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ
1.1. Mechantronic là gì?
Cơ điện tử là một hệ thống cơ cấu máy có thiết bị điều